Graphite divize an grafit atifisyèl ak grafit natirèl, rezèv pwouve nan mond lan nan grafit natirèl nan apeprè 2 milya tòn.
Se grafit atifisyèl yo jwenn pa dekonpozisyon ak tretman chalè nan materyèl ki gen kabòn anba presyon nòmal.Transfòmasyon sa a mande pou ase tanperati ak enèji kòm fòs kondwi a, epi estrikti dezòdone yo pral transfòme nan yon estrikti kristal grafit òdone.
Graphitization se nan sans ki pi laj nan materyèl la kabòn nan pi wo a 2000 ℃ tretman chalè segondè tanperati atòm kabòn reyranje, sepandan kèk materyèl kabòn nan tanperati ki wo pi wo a 3000 ℃ grafitizasyon, sa a kalite materyèl kabòn yo te konnen kòm "chabon difisil la", pou materyèl kabòn fasil grafitize, metòd tradisyonèl grafitizasyon an gen ladan tanperati ki wo ak metòd presyon ki wo, grafitizasyon katalitik, metòd depo chimik vapè, elatriye.
Graphitization se yon mwayen efikas nan itilizasyon segondè valè ajoute nan materyèl kabòn.Apre rechèch vaste ak pwofondè pa entelektyèl, li se fondamantalman matirite kounye a.Sepandan, kèk faktè favorab limite aplikasyon an nan grafitizasyon tradisyonèl nan endistri, kidonk li se yon tandans inevitab pou eksplore nouvo metòd grafitizasyon.
Metòd elektwoliz sèl fonn depi 19yèm syèk la te plis pase yon syèk nan devlopman, teyori debaz li yo ak nouvo metòd yo toujou ap inovasyon ak devlopman, kounye a se pa limite a sa sèlman endistri tradisyonèl métallurgique, nan kòmansman 21yèm syèk la, metal la nan sistèm sèl fonn oksid solid rediksyon elektwolitik preparasyon metal elemantè yo te vin konsantre nan pi aktif la,
Dènyèman, yon nouvo metòd pou prepare materyèl grafit pa elektwoliz sèl fonn te atire anpil atansyon.
Pa vle di polarizasyon katodik ak elektwodepozisyon, de fòm diferan nan matyè premyè kabòn yo transfòme nan materyèl nano-grafit ak gwo valè ajoute.Konpare ak teknoloji grafitizasyon tradisyonèl la, nouvo metòd grafitizasyon an gen avantaj ki genyen nan pi ba tanperati grafitizasyon ak mòfoloji kontwole.
Papye sa a revize pwogrè nan grafitizasyon pa metòd elektwochimik, prezante nouvo teknoloji sa a, analize avantaj ak dezavantaj li yo, ak pwospè tandans devlopman nan lavni.
Premyèman, fonn sèl metòd polarizasyon katod elektwolitik
1.1 materyèl la anvan tout koreksyon
Kounye a, prensipal materyèl bwit nan grafit atifisyèl se coke zegwi ak pitch coke nan degre grafitizasyon segondè, sètadi pa rezidi lwil oliv la ak goudwon chabon kòm matyè premyè yo pwodwi yon bon jan kalite materyèl kabòn, ak porosite ki ba, ba souf, sann ki ba. kontni ak avantaj ki genyen nan grafitizasyon, apre preparasyon li nan grafit gen bon rezistans nan enpak, segondè fòs mekanik, rezistans ki ba,
Sepandan, rezèv lwil oliv limite ak pri lwil oliv fluktue te limite devlopman li yo, kidonk chèche nouvo matyè premyè te vin tounen yon pwoblèm ijan yo dwe rezoud.
Metòd grafitizasyon tradisyonèl yo gen limit, ak diferan metòd grafitizasyon itilize diferan matyè premyè.Pou kabòn ki pa grafitize, metòd tradisyonèl yo ka diman grafitize li, pandan y ap fòmil elektwochimik nan elektwoliz sèl fonn kraze nan limit la nan matyè premyè, epi li apwopriye pou prèske tout materyèl kabòn tradisyonèl yo.
Materyèl tradisyonèl kabòn yo enkli nwa kabòn, kabòn aktive, chabon, elatriye, nan mitan ki chabon se youn ki pi pwomèt.Lank ki baze sou chabon an pran chabon kòm précurseur epi li prepare nan pwodwi grafit nan tanperati ki wo apre pre-tretman.
Dènyèman, papye sa a pwopoze yon nouvo metòd elektwochimik, tankou Peng, pa elektwoliz sèl fonn se fasil graphitized nwa kabòn nan kristalinite nan segondè nan grafit, elektwoliz la nan echantiyon grafit ki gen fòm nan petal grafit nanomèt chips, gen gwo zòn espesifik sifas, lè yo itilize pou katod batri ityòm te montre ekselan pèfòmans electrochemical plis pase grafit natirèl.
Zhu et al.mete chabon ki ba-bon jan kalite trete nan deashing nan sistèm sèl CaCl2 fonn pou elektwoliz nan 950 ℃, ak siksè transfòme chabon ki ba-bon jan kalite a nan grafit ak gwo kristalinite, ki te montre bon pèfòmans pousantaj ak lavi sik long lè yo itilize kòm anod nan batri ityòm ion. .
Eksperyans lan montre ke li posib pou konvèti diferan kalite materyèl kabòn tradisyonèl nan grafit pa mwayen elektwoliz sèl fonn, ki louvri yon nouvo fason pou grafit sentetik nan lavni.
1.2 mekanis nan
Metòd elektwoliz sèl fonn sèvi ak materyèl kabòn kòm katod epi konvèti li nan grafit ak kristalinite segondè pa mwayen polarizasyon katodik.Kounye a, literati ki egziste deja mansyone retire oksijèn ak reyajman long distans atòm kabòn nan pwosesis konvèsyon potansyèl polarizasyon katodik.
Prezans oksijèn nan materyèl kabòn pral anpeche grafitizasyon nan yon sèten mezi.Nan pwosesis grafitizasyon tradisyonèl la, oksijèn yo pral tou dousman retire lè tanperati a pi wo pase 1600K.Sepandan, li trè pratik pou deoksidize atravè polarizasyon katodik.
Peng, elatriye nan eksperyans yo pou premye fwa mete pi devan sèl fonn elektwoliz katodik polarizasyon potansyèl mekanis, sètadi graphitization a ki pi kote yo kòmanse se yo dwe lokalize nan koòdone solid kabòn microspheres / elektwolit, premye fòm mikrosfè kabòn alantou yon debaz menm dyamèt. kokiy grafit, ak Lè sa a, pa janm estab atòm kabòn anidrid gaye nan flak grafit ekstèn ki pi estab, jiskaske konplètman grafitize,
Pwosesis grafitizasyon an akonpaye pa retire oksijèn, ki se tou konfime pa eksperyans.
Jin et al.tou pwouve pwen de vi sa a atravè eksperyans.Apre karbonizasyon glikoz, grafitizasyon (17% kontni oksijèn) te pote soti.Apre grafitizasyon, esfè kabòn solid orijinal yo (figi 1a ak 1c) te fòme yon koki ki mouye ki konpoze de nanosheets grafit (figi 1b ak 1d).
Pa elektwoliz fib kabòn (16% oksijèn), fib kabòn yo ka konvèti nan tib grafit apre grafitizasyon dapre mekanis konvèsyon espekile nan literati a.
Kwè ke, mouvman an long distans se anba polarizasyon katodik nan atòm kabòn segondè kristal grafit a amorphe kabòn reranje dwe pwosesis, grafit sentetik petal inik fòm nanostructures benefisye de atòm oksijèn soti nan, men espesifik la ki jan yo enfliyanse estrikti nanomèt grafit se pa klè, tankou oksijèn ki soti nan kilè eskèlèt kabòn apre ki jan nan reyaksyon an katod, elatriye,
Kounye a, rechèch la sou mekanis la toujou nan etap inisyal la, epi yo bezwen plis rechèch.
1.3 Karakterizasyon mòfolojik nan grafit sentetik
SEM yo itilize pou obsève mòfoloji sifas mikwoskopik grafit, TEM yo itilize pou obsève mòfoloji estriktirèl mwens pase 0.2 μm, XRD ak espektroskopi Raman se mwayen ki pi souvan itilize pou karakterize mikwostrikti grafit, XRD yo itilize pou karakterize kristal la. enfòmasyon nan grafit, ak Raman espektroskopi yo itilize pou karakterize domaj yo ak lòd degre nan grafit.
Gen anpil porositë nan grafit la ki prepare pa polarizasyon katod nan elektwoliz sèl fonn.Pou diferan matyè premyè, tankou elektwoliz nwa kabòn, yo jwenn nanoestrikti pore ki sanble ak petal.XRD ak Raman analiz spectre yo te pote soti sou nwa kabòn nan apre elektwoliz.
Nan 827 ℃, apre yo fin trete ak 2.6V vòltaj pou 1h, imaj espèk Raman nan nwa kabòn se prèske menm jan ak sa yo ki nan grafit komèsyal yo.Apre yo fin trete nwa kabòn nan ak diferan tanperati, yo mezire pik karakteristik grafit byen file (002).Pik diffraction (002) reprezante degre oryantasyon kouch kabòn aromat nan grafit.
Plis kouch kabòn nan pi file, se plis li oryante.
Zhu te itilize chabon pirifye enferyè a kòm katod nan eksperyans la, epi mikwostrikti pwodwi grafit la te transfòme soti nan granulaire nan estrikti grafit gwo, ak kouch grafit sere yo te obsève tou anba mikwoskòp elèktron transmisyon gwo pousantaj.
Nan Raman spectre, ak chanjman nan kondisyon eksperimantal, valè ID / Ig la tou chanje.Lè tanperati elektwolitik la te 950 ℃, tan elektwolitik la te 6h, ak vòltaj elektwolitik la te 2.6V, valè ID / Ig ki pi ba a te 0.3, ak pik D la te pi ba anpil pase pik G.An menm tan an, aparans nan pik 2D reprezante tou fòmasyon nan estrikti grafit trè òdone.
Pik nan difraksyon byen file (002) nan imaj XRD la konfime tou konvèsyon siksè nan chabon enferyè nan grafit ak kristalinite segondè.
Nan pwosesis la grafitizasyon, ogmantasyon nan tanperati ak vòltaj pral jwe yon wòl pwomosyon, men vòltaj twò wo ap diminye sede a nan grafit, ak tanperati twò wo oswa tan grafitizasyon twò long ap mennen nan fatra nan resous, kidonk pou diferan materyèl kabòn. , li se patikilyèman enpòtan yo eksplore kondisyon ki pi apwopriye elektwolitik, se tou konsantre a ak difikilte.
Nanostruktur flake ki sanble ak petal sa a gen pwopriyete elektwochimik ekselan.Yon gwo kantite porositë pèmèt iyon yo dwe byen vit mete / deembedded, bay bon jan kalite materyèl katod pou pil, elatriye Se poutèt sa, grafitizasyon nan metòd electrochemical se yon metòd grafitizasyon trè potansyèl.
Metòd electrodeposition sèl fonn
2.1 Elektwodepozisyon gaz kabonik
Kòm gaz lakòz efè tèmik ki pi enpòtan an, CO2 se tou yon resous renouvlab ki pa toksik, inofansif, bon mache epi ki fasil disponib.Sepandan, kabòn nan CO2 se nan eta oksidasyon ki pi wo a, kidonk CO2 gen gwo estabilite tèmodinamik, ki fè li difisil pou reutilize.
Rechèch ki pi bonè sou elektwodepozisyon CO2 ka remonte nan ane 1960 yo.Ingram et al.avèk siksè prepare kabòn sou elektwòd lò nan sistèm nan sèl fonn nan Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al.fè remake ke poud kabòn yo jwenn nan potansyèl rediksyon diferan te gen estrikti diferan, ki gen ladan grafit, kabòn amorphe ak nanofibr kabòn.
Pa fonn sèl pran CO2 ak metòd preparasyon pou siksè materyèl kabòn, apre yon peryòd tan de rechèch entelektyèl yo te konsantre sou mekanis fòmasyon depo kabòn ak efè a nan kondisyon elektwoliz sou pwodwi final la, ki gen ladan tanperati elektwolitik, vòltaj elektwolitik ak konpozisyon an nan. sèl fonn ak elektwòd, elatriye, preparasyon an nan pèfòmans segondè nan materyèl grafit pou electrodeposition nan CO2 te mete yon fondasyon solid.
Lè w chanje elektwolit la epi sèvi ak sistèm sèl fonn ki baze sou CaCl2 ak pi wo efikasite kaptire CO2, Hu et al.avèk siksè prepare grafèn ak pi wo degre grafitizasyon ak nanotub kabòn ak lòt estrikti nanografit nan etidye kondisyon elektwolitik tankou tanperati elektwoliz, konpozisyon elektwòd ak konpozisyon sèl fonn.
Konpare ak sistèm kabonat, CaCl2 gen avantaj ki genyen nan bon mache ak fasil jwenn, konduktiviti segondè, fasil fonn nan dlo, ak pi wo solubilite nan iyon oksijèn, ki bay kondisyon teyorik pou konvèsyon nan CO2 nan pwodwi grafit ak gwo valè ajoute.
2.2 Mekanis transfòmasyon
Preparasyon materyèl kabòn ki gen gwo valè pa elektwodepozisyon CO2 soti nan sèl fonn sitou gen ladan kaptire CO2 ak rediksyon endirèk.Capture CO2 fini ak O2 gratis nan sèl fonn, jan yo montre nan Ekwasyon (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Kounye a, yo te pwopoze twa mekanis reyaksyon rediksyon endirèk: yon sèl-etap reyaksyon, de-etap reyaksyon ak metal rediksyon mekanis reyaksyon.
Mekanis reyaksyon yon sèl etap te premye pwopoze pa Ingram, jan yo montre nan Ekwasyon (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Borucka et al. te pwopoze mekanis reyaksyon de etap la, jan yo montre nan Ekwasyon (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Mekanis nan reyaksyon rediksyon metal te pwopoze pa Deanhardt et al.Yo te kwè ke iyon metal yo te premyèman redwi a metal nan katod, ak Lè sa a, metal la te redwi a iyon kabonat, jan yo montre nan Ekwasyon (5 ~ 6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Kounye a, mekanis reyaksyon yon sèl etap jeneralman aksepte nan literati ki deja egziste a.
Yin et al.etidye sistèm nan kabonat Li-Na-K ak nikèl kòm katod, diyoksid fèblan kòm anod ak fil an ajan kòm elektwòd referans, epi li jwenn figi tès la voltametri siklik nan Figi 2 (pousantaj eskanè 100 mV / s) nan katod nikèl, epi li jwenn ke te gen yon sèl pik rediksyon (nan -2.0V) nan optik negatif la.
Se poutèt sa, li ka konkli ke yon sèl reyaksyon ki te fèt pandan rediksyon nan kabonat.
Gao et al.jwenn menm voltametri siklik la nan menm sistèm kabonat la.
Ge et al.itilize anod inaktif ak katòd tengstèn pou pran CO2 nan sistèm LiCl-Li2CO3 ak jwenn imaj menm jan an, epi sèlman yon pik rediksyon nan depo kabòn parèt nan optik negatif la.
Nan sistèm sèl la fonn metal alkalin, metal alkali ak CO yo pral pwodwi pandan y ap depoze kabòn nan katod la.Sepandan, paske kondisyon tèmodinamik reyaksyon depo kabòn yo pi ba nan yon tanperati ki pi ba, se sèlman rediksyon kabòn nan kabòn ka detekte nan eksperyans la.
2.3 Capture CO2 pa sèl fonn pou prepare pwodwi grafit
Nanomateryèl grafit ki gen anpil valè, tankou grafèn ak nanotib kabòn, yo ka prepare pa elektwodepozisyon CO2 soti nan sèl fonn lè yo kontwole kondisyon eksperimantal yo.Hu et al.itilize asye pur kòm katod nan sistèm sèl la fonn CaCl2-NaCl-CaO ak elektwolize pou 4h anba kondisyon an nan 2.6V vòltaj konstan nan tanperati diferan.
Mèsi a kataliz fè ak efè eksplozif CO ant kouch grafit, yo te jwenn grafèn sou sifas katod.Pwosesis preparasyon grafèn yo montre nan Fig. 3.
Foto a
Etid pita te ajoute Li2SO4 sou baz sistèm sèl fonn CaCl2-NaClCaO, tanperati elektwoliz te 625 ℃, apre 4 èdtan nan elektwoliz, an menm tan an nan depo katodik nan kabòn yo te jwenn grafèn ak nanotub kabòn, etid la te jwenn ke Li + ak SO4 2. - pou pote yon efè pozitif sou grafitizasyon.
Souf tou se avèk siksè entegre nan kò a kabòn, ak fèy grafit ultra-mens ak kabòn filaman ka jwenn pa kontwole kondisyon yo elektwolitik.
Materyèl tankou tanperati elektwolitik nan wo ak ba pou fòmasyon nan grafèn se kritik, lè tanperati a pi wo pase 800 ℃ se pi fasil jenere CO olye pou yo kabòn, prèske pa gen okenn depo kabòn lè pi wo pase 950 ℃, kidonk kontwòl tanperati a trè enpòtan. pou pwodwi graphene ak kabòn nanotubes, ak restore bezwen kabòn depozisyon reyaksyon CO reyaksyon sinèrji pou asire ke katod a pou jenere stab graphene.
Travay sa yo bay yon nouvo metòd pou preparasyon nano-grafit pwodwi pa CO2, ki se nan gwo siyifikasyon pou solisyon an nan gaz lakòz efè tèmik ak preparasyon nan grafèn.
3. Rezime ak pespektiv
Avèk devlopman rapid nan nouvo endistri enèji, grafit natirèl pa te kapab satisfè demann aktyèl la, ak grafit atifisyèl gen pi bon pwopriyete fizik ak chimik pase grafit natirèl, kidonk bon mache, efikas ak zanmitay anviwònman an grafit se yon objektif alontèm.
Metòd elektwochimik grafitizasyon nan matyè premyè solid ak gaz ak metòd polarizasyon katodik ak depo elektwochimik te avèk siksè soti nan materyèl yo grafit ak gwo valè te ajoute, konpare ak fason tradisyonèl la nan grafitizasyon, metòd la electrochemical se nan pi wo efikasite, pi ba konsomasyon enèji, pwoteksyon anviwònman vèt, pou ti limite pa materyèl selektif an menm tan an, selon kondisyon yo elektwoliz diferan ka prepare nan mòfoloji diferan nan estrikti grafit,
Li bay yon fason efikas pou tout kalite kabòn amorphe ak gaz lakòz efè tèmik yo dwe konvèti nan materyèl ki gen anpil valè nano-estriktire grafit e li gen yon bon pwospè aplikasyon.
Kounye a, teknoloji sa a se nan anfans li.Gen kèk etid sou grafitizasyon pa metòd elektwochimik, e toujou gen anpil pwosesis enkoni.Se poutèt sa, li nesesè yo kòmanse soti nan matyè premyè ak fè yon etid konplè ak sistematik sou divès kalite kabòn amorphe, epi an menm tan an eksplore tèmodinamik ak dinamik konvèsyon grafit nan yon nivo pi fon.
Sa yo gen siyifikasyon byen lwen pou devlopman nan lavni nan endistri grafit.
Tan poste: Me-10-2021